Inscription photoréfractive de guides : modélisation, expérimentation et dispositifs optiques

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Inscription photoréfractive de guides : modélisation,

expérimentation et dispositifs optiques

Delphine Wolfersberger

To cite this version:

Delphine Wolfersberger. Inscription photoréfractive de guides : modélisation, expérimentation et dis-positifs optiques. Physique [physics]. Université de Metz, 2008. �tel-00351696�

MEMOIRE D’HABILITATION A DIRIGER DES

RECHERCHES

Inscription photor´

efractive de guides : mod´

elisation,

exp´

erimentation et dispositifs optiques

Dr. Delphine Wolfersberger

(Version : May 5, 2008)

Soutenance pr´

evue le 1

Juillet 2008 devant le jury compos´

e de

Gilles Pauliat, Directeur de recherche CNRS (LCFIO), Palaiseau ...Rapporteur Herv´e Maillotte, Directeur de recherche CNRS (FEMTO-ST), Besan¸con...Rapporteur Philippe Emplit, Professeur, Universite Libre de Bruxelles, Belgique...Rapporteur Jean-Pierre Huignard, Directeur de recherche, Thales, Palaiseau...Examinateur Jean Paul Kleider, Directeur de recherche CNRS (LGEP), Gif sur Yvette..Examinateur Marc Fontana, Professeur `a l’Universit´e Paul Verlaine (LMOPS), Metz...Examinateur

Table des mati`

eres

I Pr´esentation g´en´erale 1

A. Curriculum Vitae 3

B. Pr´esentation g´en´erale des travaux 9

B.1. Contexte . . . 9

B.2. Contrats . . . 12

B.3. Rayonnement . . . 13

B.3.1. Participation `a des jurys de th`ese, master, ing´enieur . . . 13

B.3.2. Organisation de congr`es et colloques . . . 14

B.3.3. Collaborations nationales et internationales . . . 14

B.3.4. Encadrement d’´etudiants . . . 14

C. Liste compl`ete des publications et des communications 19 II Synth`ese des activit´es de recherches 31 1 Introduction g´en´erale 33 1.1 D´emarche scientifique . . . 33

1.2 Plan et contenu du m´emoire . . . 34

2 Photor´efractivit´e et solitons spatiaux 37 2.1 La photor´efractivit´e . . . 37

2.2 Solitons spatiaux photor´efractifs . . . 37

2.3 Applications des solitons spatiaux photor´efractifs . . . 39

2.3.1 Dispositif limiteur optique . . . 39

2.3.2 Dispositif pour les t´el´ecommunications optiques . . . 41

3 Autofocalisation photor´efractive aux longueurs d’onde visibles : appli-cation `a la limitation optique 45 3.1 Mise en ´evidence exp´erimentale de l’autofocalisation photor´efractive . . . . 45

3.1.1 Montage exp´erimental . . . 45

3.1.2 Mesures en r´egime continu . . . 46

3.1.3 Mesures en r´egime impulsionnel . . . 47

3.2 Mod`ele th´eorique de la propagation d’un faisceau laser dans un cristal pho-tor´efractif . . . 50

3.2.1 Mod´elisation en r´egime continu . . . 50

TABLE DES MATI `ERES

3.3 Caract´erisation d’un dispositif limiteur . . . 54

3.3.1 Introduction . . . 54

3.3.2 Description du banc aux normes OTAN . . . 55

3.3.3 R´esultats exp´erimentaux . . . 56

3.4 Conclusion . . . 59

3.5 Publications associ´ees . . . 59

4 Autofocalisation infrarouge pour les dispositifs de t´el´ecommunications optiques reconfigurables 85 4.1 Choix du mat´eriau . . . 85

4.2 Le m´elange `a deux ondes dans InP :Fe . . . 86

4.2.1 Etat de l’art des solitons photor´efractifs dans InP :Fe . . . 86

4.2.2 Temps de r´eponse caract´eristiques . . . 87

4.3 Autofocalisation infrarouge stationnaire et transitoire dans InP :Fe . . . 89

4.3.1 Mise en ´evidence exp´erimentale . . . 89

4.3.1.1 Banc exp´erimental . . . 89

4.3.1.2 Le r´egime stationnaire . . . 90

4.3.1.3 Le r´egime transitoire . . . 95

4.3.2 Approche th´eorique . . . 101

4.4 Conclusion : vers un dispositif de routage tout optique . . . 105

4.5 Publications associ´ees . . . 106

5 Conclusions et perspectives scientifiques 123 5.1 Interactions de solitons spatiaux photor´efractifs pour la r´ealisation de com-posants optiques int´egr´es reconfigurables . . . 123

5.2 Instabilit´es spatio-temporelles dans les syst`emes photoniques `a r´etroaction optique . . . 124

Premi`

ere partie

Delphine WOLFERSBERGER

Enseignant-Chercheur

Née le 17/09/71 à Metz Adresse professionnelle :

Nationalité Française Supélec - LMOPS CNRS UMR 7132

Mariée 2 rue Edouard Belin - 57 070 METZ

Tél : 03 87 76 47 04 Fax : 03 87 76 47 00

Email : delphine.wolfersberger@supelec.fr

Formation

1999 Doctorat de Physique de l’Université Paul Verlaine – Metz – Mention Très Honorable Etude expérimentale et théorique de l’auto-focalisation photoréfractive d’une impulsion laser pour application à la limitation optique

1995 DESS Informatique Industrielle et Optoélectronique, option Optoélectronique et Télécommunications (Université de Metz – Nancy I).

1994 Maîtrise de Sciences et Techniques ENERGETIQUE mention "Utilisation rationnelle de l'énergie" (Faculté des Sciences - Nancy I).

1992 Brevet de Technicien Supérieur PHYSICIEN (Lycée Arthur Varoquaux,

Tomblaine)

Parcours professionnel

1999/…. : Professeur associé, enseignant-chercheur à SUPELEC - Campus de Metz - Laboratoire Matériaux Optiques, Photonique et Systèmes LMOPS – CNRS UMR 7132 – Unité de recherche commune à l’Université Paul Verlaine et SUPELEC - Membre de l’axe 2 : « Guides, microstuctures et non linéarités ».

1996/99 : Thèse réalisée en contrat CIFRE avec SFIM Industries (Massy-Palaiseau), dans le cadre d’un projet de recherche commun entre le LMOPS et SUPELEC.

Étude de la faisabilité d’un dispositif de protection contre les agressions lasers. Membre d’une opération au Centre Charles Hermite (Nancy) pour le calcul de la propagation de la lumière dans des cristaux photoréfractifs sur des ordinateurs parallèles expérimentaux

1997/98 : Vacataire à l’université de Metz.

1995 : Stage ERASMUS de 5 mois réalisé au Center For Electrical Power Engineering (CEPE) à l’université Strathclyde de Glasgow (UK).

Modélisation et analyse de capteurs optiques de courant et de tension.

1994 : - Stage de 3 mois au C.E.R.F.A.V. (plate-forme verrière de Vannes-le châtel (54)). Etude de la faisabilité d'un four de réchauffe du verre par rayonnement.

- Projet de 5 mois en collaboration avec la société THERMO-EST (Maizières-les-Metz). Modélisation des échanges thermiques au sein de capteurs de température.

1992 : Projet effectué en collaboration avec la société SOLLAC (Serémange). Elaboration d'un détecteur de pollution acide.

1991 : Stage de 6 semaines au laboratoire central d'analyses de la société SOLLAC. Etude des lubrifiants de laminage à froid.

Recherche

1) Thème de recherche : Inscription photoréfractive de guides

• Autofocalisation photoréfractive de faisceaux lasers continus et pulsés : application à la limitation optique

• Autofocalisation infrarouge pour les dispositifs de télécommunications optiques reconfigurables • Interactions de solitons photoréfractifs co ou contra-propageant pour la réalisation de composants

(routeurs, coupleurs, interconnexion laser-fibre)

• Instabilités dynamiques dans les cavités photoréfractives 2) Travaux scientifiques

Publications

22 articles publiés dans des revues à comité de lecture 1 brevet

18 articles dans des actes de conférences

3 articles de diffusion de l’information scientifique dans la revue « recherche » de SUPELEC

Communications orales, posters et séminaires 20 communications orales dont 4 invitées

27 posters 3 séminaires

3) Contrats

• Contrats avec la région Lorraine : demande annuelle de subventions pour de nouveaux projets émergents.

• Contrats d’Etudes Industrielles : 3 (SAGEM, ALCATEL) • Rédaction de projet type ANR, RNRT.

• Participation à des Actions Européennes de type COST P11 « Physics of linear, nonlinear and active photonic crystals » .

• Déléguée nationale française de l’action Européenne COST MP0702 « Towards functional sub-wavelength photonic structures ».

• Responsable d’un projet de collaboration avec le centre de Physique Non Linéaire – Canberra Australie (projet FAST).

4) Jurys de thèse :

N. Khelfaoui : soutenance le 21 Juin 2006.

5) Organisation de congrés et colloques :

2007 : Co-présidente des workshops internationaux PHASE (PHysics & Applications of SEmiconductor LASERs) et IPSSO (Instabilities, Patterns and Spatial SOlitons) – Metz (28-30 Mars 2007).

2006 : Participation à l’organisation des 25ème Journées Nationales de l’Optique Guidée (JNOG) – Metz (7-9 Novembre 2006).

Participation à l’organisation de la conférence internationale ECAPD 8 (European Conference on Applications of Polar Dielectrics) – Metz (5-8 Septembre 2006).

2005 : Participation à l’organisation du workshop international PHASE 2005 (PHysics and Applications of SEmiconductor LASERs) – Metz (29-30 Mars 2005).

6) Collaborations nationales et internationales

- Equipe « Optique Non Linéaire » de l’Institut FEMTO de l’université de Besançon,

France

- Laboratoire POMA (Propriétés Optiques des Matériaux et Applications) de l’Université d’Angers

- Groupe Photonique de l’Université « La Sapienza » de Rome

- Département de Physique appliquée et Photonique de la Vrije Universiteit Brussel - Déléguée nationale française de la nouvelle action Européenne COST MP0702 - Centre de Physique Non Linéaire – Université nationale Australienne - Canberra

7) Encadrement

Post doctorant : 1 (Frédéric Lhommé)

Doctorants : - thèses soutenues : 2 (Christelle Hesse, Naïma Khelfaoui)

- thèses en cours : 3 dont 1 en co-tutelle (Cristian Dan, Nicolas Marsal, Massimo Alonzo)

Etudiants en Master : 5

Etudiants en école d’ingénieur ou IUP : 3

Projets en 2ème ou 3ème année d’école d’ingénieur SUPELEC : 15

Activités d’enseignement

1999/…. : SUPELEC – Campus de Metz 1) Cours magistraux :

- Cours Electif « Photonique et télécommunications » 1A SUPELEC (18 h)

- Cours « Optique Non linéaire et applications à la photonique » 3A SUPELEC - Option SPC (Systèmes Photoniques et de Communications) (12 h)

- Cours « Composants photoniques : non linéarités dans les semi-conducteurs » 3A SUPELEC - Option SPC (6 h)

2) Travaux Dirigés :

- Circuits 1A SUPELEC (6 h)

- Champs et propagation 1A SUPELEC (6 h)

- Principe et composants de l’électrotechnique 1A SUPELEC (6 h) - Physique des solides 1A SUPELEC (6 h)

- Composants à semi-conducteurs 2A SUPELEC (6 h) - Méthodes numériques et optimisation 2A SUPELEC (6 h)

3) Travaux de laboratoire :

- Principe et composants de l’électrotechnique 1A SUPELEC (40 h) - Traitement et conversion de l’énergie électrique 2A SUPELEC (40 h) - Automatique 2A SUPELEC (32 h)

- Holographie 3A SUPELEC (48 h)

1997/98 : Vacataire à l’université de Metz.

- Travaux Pratiques sur le logiciel Labview à l’IUP Génie des Systèmes Industriels. - Travaux Dirigés d’initiation à l’électromagnétisme en DEUST Optotélécom.

Responsabilités collectives

2003/… : Membre nommée du Conseil du laboratoire LMOPS – CNRS UMR 7132.

2001/… : Représentante élue des enseignants du Campus de Metz de SUPELEC ; membre du comité d’Ecole ; membre des jurys de fin d’études 3ème année SUPELEC et du Conseil des Admissions et des Diplômes.

2000/… : Organisation et rédaction de dossiers de demande de subventions auprés du conseil Régional de Lorraine dans le cadre du montage de projet de recherche au LMOPS.

B. Pr´

esentation g´

en´

erale des

travaux

B.1. Contexte

J’exerce mes activit´es de recherche `a SUPELEC au sein du laboratoire Mat´eriaux

Optiques, Photonique et Syst`emes LMOPS - CNRS UMR 7132, laboratoire commun `a

l’universit´e Paul Verlaine et SUPELEC, dirig´e par le professeur Marc Fontana. Les travaux scientifiques du laboratoire LMOPS se d´eclinent en trois th`emes de recherche :

– Nouveaux mat´eriaux pour l’UV

– Guides, microstructures et non lin´earit´es – Capteurs optiques

Les recherches abord´ees au cours de ma th`ese, et que je continue de mener au sein du laboratoire, s’inscrivent essentiellement dans l’axe 2 et concernent la photo-inscription de guides dans des mat´eriaux photor´efractifs et leurs applications potentielles dans le domaine de l’instrumentation et des t´el´ecommunications optiques. Mes travaux se d´eclinent suivant les th´ematiques ci-dessous :

– Autofocalisation photor´efractive de faisceaux lasers continus et puls´es : application `

a la limitation optique.

– Autofocalisation infrarouge pour les dispositifs de t´el´ecommunications optiques re-configurables

– Interaction de solitons photor´efractifs co ou contra-propageant pour la r´ealisation de composants optiques (coupleurs, interconnexions laser-fibre)

– Instabilit´es dynamiques dans les cavit´es photor´efractives.

Autofocalisation photor´efractive de faisceaux lasers continus et puls´es :

ap-plication `a la limitation optique

Cette action a d´emarr´e au laboratoire dans le cadre de ma th`ese r´ealis´ee en contrat CIFRE avec SFIM Industries et s’est poursuivie dans le cadre de la th`ese de Christelle Hesse (soutenue en D´ecembre 2002), th`ese `a laquelle j’ai particip´e `a l’encadrement avec Nicolas Fressengeas et Godefroy Kugel. Cette action a ´egalement ´et´e compl´et´ee, dans le cadre d’une collaboration avec SAGEM (via le rachat de SFIM Industries) par un Contrat d’Etudes Industrielles de 3 mois avec des ´etudiants de 3`emeann´ee de SUPELEC, un contrat Ing´enieur de 6 mois auquel j’ai particip´e et l’encadrement d’un stagiaire de 3`eme ann´ee

SUPELEC `a l’Etablissement Technique Central de l’Armement (ETCA) de la Direction

Les travaux men´es sur l’autofocalisation photor´efractive de faisceaux lasers continus et puls´es ont permis la mise en ´evidence et l’interpr´etation de la construction tempo-relle de structures auto-confin´ees dans des mat´eriaux photor´efractifs tels que les sill´enites Bi12T iO20 (BTO), les tungst`enes bronzes Sr1−xBrxN b2O6 (SBN). Cette activit´e nous a

notamment conduits `a des travaux pionniers sur l’autofocalisation rapide dans le but de la r´ealisation d’un dispositif de limitation optique. Cette ´etude visait `a mettre au point un d´emonstrateur de limitation optique par autofocalisation photor´efractive ; elle s’est d´eroul´ee suivant deux axes :

– Un axe exp´erimental avec la conception et r´ealisation au cours de ma th`ese d’un banc exp´erimental sp´ecifique pour observer le ph´enom`ene d’autofocalisation sur des ´

echelles de temps nanoseconde dans Bi12TiO20 avec des ´eclairements de l’ordre du

M W/cm2. Ce banc a permis d’´etudier la faisabilit´e d’un dispositif de limitation optique par autofocalisation photor´efractive. Au cours des travaux poursuivis sur ce sujet par la suite (voir th`ese de Christelle Hesse §B.3.4.2. , contrats industriels avec Sagem§B.2. et stages de Cristian Dan §B.3.4.3-B.3.4.4.), un dispositif d´emonstrateur de limitation optique r´epondant `a un cahier des charges industriel et utilisant le mat´eriau photor´efractif optimal pour cette application (en l’occurrence SBN) a ´et´e r´ealis´e.

– Un axe th´eorique pour l’interpr´etation des r´esultats exp´erimentaux obtenus : un mod`ele num´erique permettant de calculer la propagation d’une unique impulsion laser dans un mat´eriau photor´efractif a ´et´e d´evelopp´e. Ce mod`ele permet de pr´evoir avec succ`es les diff´erents types de ph´enom`enes pouvant ˆetre observ´es. Dans ce cadre, pour am´eliorer sans cesse nos mod`eles et nos simulations, une collaboration active avec le centre Charles Hermite de Nancy, centre de calcul exp´erimental parall`ele form´e dans le cadre du Contrat Plan Etat R´egion 2000-2006 a ´et´e men´ee. Dans cet objectif, j’ai particip´e `a l’encadrement de Fr´ed´eric Lhomm´e (§B.3.4.1.), en contrat post doctoral financ´e par le centre Charles Hermite pour r´ealiser l’Optimisation et la parall´elisation de la simulation de l’autofocalisation photor´efractive.

Toutes les ´etudes pr´ec´edentes ont ´et´e r´ealis´ees dans les r´egimes lasers continus et im-pulsionnels du spectre visible.

Autofocalisation infrarouge pour les dispositifs de t´el´ecommunications

op-tiques reconfigurables

Depuis 2003, nous avons ´egalement d´emarr´e de nouvelles ´etudes dans le domaine du proche infrarouge pour application des guides photo-induits dans les t´el´ecommunications : dans ce but, nous ´etudions l’´evolution temporelle de l’autofocalisation d’un faisceau laser infrarouge dans des mat´eriaux semi-conducteurs tels que le phosphure d’Indium InP :Fe, ceci dans l’objectif d’utiliser ce mat´eriau pour la conception de routeurs optiques reconfi-gurables. Cette th´ematique s’inscrit dans le cadre de collaborations avec le groupe Optique Non Lin´eaire (M. Chauvet) de l’Institut FEMTO de Besan¸con ainsi qu’avec le laboratoire POMA (H. Leblond) d’Angers.

Plusieurs projets de fin d’ ´etude de 3`eme ann´ee SUPELEC (voir §B.3.4.6.) et stages de MASTER recherche (voir §B.3.4.3.) ont contribu´e `a l’avanc´ee de ce projet. La th`ese de Na¨ıma Khelfaoui (§B.3.4.2.), que j’ai codirig´ee avec Nicolas Fressengeas, et dont le th`eme est Autofocalisation Infrarouge dans le Phosphure d’Indium dop´e Fer, a ´et´e

tenue en Juin 2006. Apr`es la caract´erisation de nos ´echantillons et la d´etermination de l’intensit´e de r´esonance Ires (intensit´e o`u le gain de m´elange `a deux ondes est maximal),

nous avons ´etudi´e exp´erimentalement le ph´enom`ene d’autofocalisation en tentant de le ca-ract´eriser par rapport `a Ires. Nous avons ainsi pu mesurer une forte autofocalisation aux

longueurs d’ondes infrarouges ( λ = 1.06 ou 1.55 µm) conduisant, dans certains cas, `a une propagation quasi solitonique. Nous avons donc pu mesurer une intensit´e optimale pour l’autofocalisation photor´efractive et avons mis en ´evidence le rˆole de l’intensit´e d’obscu-rit´e Idark dans ce processus. Pour interpr´eter ces observations, nous avons d´evelopp´e, avec

l’aide d’Herv´e Leblond du POMA - Angers, un mod`ele th´eorique analytique : ce mod`ele permet de reproduire qualitativement les ph´enom`enes observ´es mais ne permet pas encore de pr´edire th´eoriquement la dynamique compl`ete de formation des solitons photor´efractifs dans l’InP :Fe.

L’´etude de la dynamique et du r´egime transitoire de l’autofocalisation photor´efractive dans InP :Fe fait l’objet de la th`ese de Cristian Dan, que je codirige avec Nicolas Fressen-geas (§B.3.4.2.) et dont la soutenance est pr´evue en Juin 2008. Nous avons ainsi pu mon-trer exp´erimentalement que le temps de formation de l’autofocalisation photor´efractive ´etait de l’ordre de quelques dizaines de microsecondes. Des mesures syst´ematiques en fonction de l’intensit´e du faisceau, du champ ´electrique appliqu´e, de la temp´erature ont permis de mettre en ´evidence deux constantes de temps caract´eristiques : une li´ee au r´egime transitoire de quelques dizaines de microsecondes, une li´ee au r´egime stationnaire de quelques millisecondes. Ces temps de formation ´etant comparables `a ceux n´ecessaires dans les r´eseaux de t´el´ecommunications optiques, ces travaux ouvrent des perspectives prometteuses du point de vue des applications. Simultan´ement, une nouvelle th´eorie pre-nant compl`etement en compte la dynamique temporelle `a deux types de porteurs est en cours de d´eveloppement. D’autres ´etudes sont ´egalement men´ees sur un mat´eriau pho-tor´efractif nouveau Sn2P2S6(SPS) qui dop´e au Tellure (Te) est sensible dans l’infrarouge.

Les premiers r´esultats obtenus montrent un ph´enom`ene d’autofocalisation tr`es intense, tr`es int´eressant du point de vue des applications.

Interaction de solitons photor´efractifs co ou contra-propageant pour la

r´ealisation de composants optiques (coupleurs, interconnexions laser-fibre)

Dans le cas o`u l’autofocalisation photor´efractive est stable et compense exactement la diffraction naturelle de la lumi`ere, le faisceau ne diffracte plus et on peut le qualifier de soliton spatial. La collision de solitons photor´efractifs coh´erents ou non peut entrainer des ´echanges d’´energie, leur fusion ou la naissance d’un nouveau soliton. Comme nous l’avons d´ej`a pr´ecis´e, nous travaillons sur la possibilit´e d’utiliser ces ph´enom`enes d’interactions de solitons photor´efractifs pour application aux t´el´ecommunications optiques, notamment pour du routage ou de la commutation tout optique. Il y a possibilit´e de r´ealiser des fonc-tions simples ou plus complexes comme des liaisons point `a point, des coupleurs (X ou Y). Ces ´etudes seront men´ees dans le cadre de la th`ese de Massimo Alonzo (§B.3.4.2.) r´ealis´ee en co-tutelle avec Eugenio Fazio de l’Universit´e La Sapienza - Rome.

Une autre application envisageable est l’utilisation de ces guides photo-induits pour r´epondre `a un probl`eme majeur de l’industrialisation de produits opto´electroniques : l’ali-gnement optique d’une diode laser `a ´emission par la tranche et d’un guide d’onde (fibre optique ou guide d’onde planaire). Nous proposons d’exploiter les propri´et´es uniques des

cristaux photor´efractifs pour cr´eer cette fonction de couplage sans alignement actif des ´el´ements optiques. L’id´ee est ainsi d’inscrire au pr´ealable le guide par interactions de fais-ceaux contra-propageant issus, l’un de la source laser, l’autre de la fibre monomode dans laquelle on souhaite coupler la lumi`ere. Mˆeme en pr´esence de d´esalignement entre ces deux guides, le guide interm´ediaire cr´e´e dans le cristal photor´efractif par interactions de solitons spatiaux permettra un guidage optimal. Dans cet objectif, nous avons d´emarr´e des travaux, `a la fois th´eoriques concernant la simulation de solitons contra-propageant et exp´erimentaux pour la r´ealisation d’un d´emonstrateur : ces travaux sont essentiellement bas´es sur des projets de fin d’´etudes d’´etudiants en 3`eme ann´ee SUPELEC (voir§B.3.5.6.) et des activit´es personnelles men´ees en collaboration avec Marc Sciamanna et Yves Hou-zelle, tous deux enseignants-chercheurs `a SUPELEC.

Instabilit´es dynamiques dans les cavit´es photor´efractives

Avec Marc Sciamanna et Germano Montemezzani, enseignant-chercheur `a SUPELEC

et au LMOPS et avec Krassimir Panajotov de la Vrije Universit¨at de Bruxelles, nous

sommes ´egalement en train de d´evelopper de nouveaux axes de recherche concernant les mat´eriaux photor´efractifs en cavit´e laser. En effet, l’´etude de la dynamique de syst`emes non-lin´eaires pr´esente un int´erˆet th´eorique dans l’´etude g´en´erale de syst`emes complexes ainsi qu’un int´erˆet pratique dans le contrˆole et l’application des instabilit´es. Parmi les exemples de ph´enom`enes dynamiques non-lin´eaires en photonique, on peut citer l’appari-tion de chaos optique dans des lasers `a semi-conducteurs, la formation de solitons spatiaux et structures spatio-temporelles dans des cristaux non lin´eaires, et plus r´ecemment l’auto-organisation de lumi`ere en cavit´e optique non-lin´eaire (formation, interaction de solitons et structures localis´ees) pour des applications de t´el´ecommunications optiques. Nous nous proposons ainsi d’´etudier la formation de structures localis´ees dans une cavit´e non lin´eaire photor´efractive (solitons de cavit´e). Plusieurs projets de fin d’´etudes de 3`eme ann´ee SU-PELEC se sont int´eress´es `a ce sujet (voir §B.3.4.6.) et un stage de MASTER recherche POEM (Mars - Juin 2007) se poursuit avec la th`ese de Nicolas Marsal, que je codirige avec Germano Montemezzani et Marc Sciamanna, th`ese d´emarr´ee depuis Octobre 2007 (voir §B.3.4.3.).

Les travaux de recherche pr´esent´es ci-dessus ont pour la plupart d’ores et d´ej`a ´et´e valoris´es par des publications dans des journaux `a comit´e de lecture et lors de conf´erences internationales.

B.2. Contrats

J’ai particip´e `a la mise en place et `a l’animation d’un certain nombre de contrats de recherche :

– Contrats avec la r´egion Lorraine :

Depuis 2000, je participe dans le cadre de SUPELEC et du laboratoire LMOPS

-CNRS UMR 7132 `a la r´edaction de dossiers de demandes de subventions pour de

nouveaux projets ´emergents aupr`es de la r´egion Lorraine ainsi qu’`a leur suivi et ex´ecution.

– Contrats avec SAGEM D´efense - S´ecurit´e (2007) :

Responsable de l’encadrement de 2 Contrats d’Etudes Industrielles qui ont d´emarr´e en Novembre 2007 dans le cadre des projets de 3`eme ann´ee SUPELEC.

Les sujets de ces deux projets sont confidentiels. – Contrats avec SAGEM (2000) :

Sujet :Mise au point d’un d´emonstrateur de limitation optique par autofocalisation 1. Responsable de l’encadrement d’un Contrat d’Etudes Industrielles avec

des ´etudiants de 3`eme ann´ee SUPELEC (100 heures) (voir §B.3.4.6.).

2. Participation `a un Contrat de type Ing´enieur d’une dur´ee de 6 mois comprenant deux axes d’´etudes :

- d´etermination du cristal photor´efractif optimal pour l’application vis´ee : ca-ract´eristiques du mat´eriau n´ecessaire (ph´enom`enes de transport, absorption, photoconductivit´e) et sa disponibilit´e sur le march´e (fournisseurs)

- simulation de la propagation d’un faisceau laser dans le cas de l’utilisation d’une solution mixte de limitation optique : utilisation de deux mat´eriaux diff´erents juxtapos´es pour r´epondre au cahier des charges de l’industriel. 3. Prestation de conseil dans le cadre d’un stage de fin d’´etudes d’un ing´enieur

SUPELEC `a Sagem et `a l’ETCA (voir§B.3.4.6.) – Contrat avec ALCATEL (2001) :

Sujet : Etudes des fibres `a Bande Interdite Photonique : ´etat de l’art, mod´elisation et simulation de la propagation.

Responsable de l’encadrement d’un Contrat d’Etudes Industrielles avec des ´

etudiants de 3`eme ann´ee SUPELEC (100 heures) (voir§B.3.4.6.).

– R´edaction de projet type ANR, RNRT.

– Participation `a des Actions Europ´eennes de type COST P11 Physics of

linear, nonlinear and active photonic crystals

– D´el´egu´ee nationale fran¸caise de l’action Europ´eenne COST MP0702

To-wards functional sub-wavelength photonic structures.

– Responsable d’un projet de collaboration avec le centre de Physique Non

Lin´eaire - Canberra Australie (projet FAST) Control of light in periodic

pho-tonic structures : from waveguides to cavities.

B.3. Rayonnement

B.3.1. Participation `a des jurys de th`ese, master, ing´enieur

1. N. Khelfaoui : soutenance le 21 Juin 2006 `a Metz : ” Auto focalisation infrarouge dans le Phosphure d’Indium dop´e au fer ” devant le jury compos´e de :

Cornelia Denz - Professeur `a l’Universit´e de M¨unster, Allemagne Gilles Pauliat - Directeur de recherche CNRS (LCFIO), Paris Cafer Ozkul - Professeur `a l’Universit´e de Rouen

Mathieu Chauvet - Maˆıtre de conf´erences `a l’Universit´e de Besan¸con

Delphine Wolfersberger - Enseignant chercheur `a SUPELEC

Nicolas Fressengeas - Professeur `a l’Universit´e de Metz Godefroy Kugel - Professeur, directeur de l’ENSAM - Metz Herv´e Leblond - Professeur `a l’Universit´e d’Angers

2. Participation aux jurys de 3`eme ann´ee ing´enieur SUPELEC

B.3.2. Organisation de congr`es et colloques

– Organisation de deux workshops internationaux PHASE (PHysics and Applications of SEmiconductor LASERS) and IPSSO (Instabilities, Patterns and Spatial

SO-litons) 2007 en parall`ele, co-pr´esid´e par Marc Sciamanna (SUPELEC - LMOPS

CNRS UMR 7132), Krassimir Panajotov (Vrije Universiteit Brussel) et moi-mˆeme.

Les avanc´ees r´ecentes dans le domaine de la physique et des applications des lasers `a semi-conducteurs ont ´et´e pr´esent´ees `a PHASE 2007 et diff´erents aspects concernant les instabilit´es spatio-temporelles dans les syst`emes optiques et leurs applications, incluant les solitons spatiaux, ont ´et´e abord´es lors de IPSSO 2007.

– Participation `a l’organisation des 25`eme Journ´ees Nationales de l’Optique Guid´ee

(JNOG) - 7-9 Novembre 2006 - organis´ees par le LMOPS, SUPELEC, l’Universit´e

Paul Verlaine-Metz et le CNRS : ce colloque national rassemble annuellement la communaut´e fran¸caise de l’Optique Guid´ee travaillant pour les t´el´ecommunications `

a fibre optique, pour l’optique int´egr´ee, les capteurs optiques et l’instrumentation. – Participation `a l’organisation de la conf´erence internationale ECAPD 8 (European

Conference on Applications of Polar Dielectrics) - 5-8 Septembre 2006 - organis´ee

par le LMOPS, SUPELEC, l’Universit´e Paul Verlaine - Metz et le CNRS : cette

conf´erence visait `a pr´esenter les derni`eres recherches et avanc´ees technologiques dans le domaine des mat´eriaux di´electriques.

– Participation `a l’organisation du workshop international PHASE 2005 (PHysics

and Applications of SEmiconductor LASERs) - 29-30 Mars 2005 - organis´e par le

LMOPS, SUPELEC, l’Universit´e Paul Verlaine - Metz et le CNRS : ce colloque

in-ternational a regroup´e la communaut´e scientifique dans le domaine de la physique et des applications des lasers `a semi-conducteurs.

B.3.3. Collaborations nationales et internationales

– Groupe Optique Non Lin´eaire de l’Institut FEMTO de l’universit´e de Besan¸con, France (M. Chauvet Maˆıtre de Conf´erence habilit´e) - Laboratoire POMA (Propri´et´es Optiques des Mat´eriaux et Applications) de l’Universit´e d’Angers (H. Leblond Pro-fesseur)

– Groupe Photonique de l’Universit´e La Sapienza de Rome (E . Fazio Professeur et

directeur du laboratoire Fotonica Ultraveloce UPhoLab)

– D´epartement de Physique appliqu´ee et Photonique de la Vrije Universiteit Brussel (K. Panajotov Professeur)

– Groupe de Physique Non Lin´eaire de l’Australian National University - Canberra

(D. Neshev)

B.3.4. Encadrement d’´etudiants

B.3.4.1. Etudiant en post-doctorat

1. Fr´ed´eric Lhomm´e (co-encadrement avec N. Fressengeas - professeur `a l’UPVM -LMOPS) : Optimisation et parall`elisation de la simulation de la propagation de l’autofo-calisation photor´efractive dans le cadre d’un contrat post-doctoral financ´e par le centre Charles Hermite de Nancy (2000 - 2001) [voir liste des publications : P6, ACT10].

B.3.4.2. Etudiants en th`ese

Th`eses soutenues

1. Na¨ıma Khelfaoui, (co-encadrement avec N. Fressengeas) [voir liste des publications : P1, P3-P5, ACT1, ACT3 - ACT7, COM2, COM4-COM8, COM21-COM28] : Autofocalisation infrarouge dans le Phosphure d’Indium dop´e fer, th`ese soutenue le 21 Juin 2006 devant le jury compos´e de :

Cornelia Denz - Professeur `a l’Universit´e de M¨unster, Allemagne Gilles Pauliat - Directeur de recherche CNRS (LCFIO), Paris Cafer Ozkul - Professeur `a l’Universit´e de Rouen

Mathieu Chauvet - Maitre de conf´erences `a l’Universit´e de Besan¸con

Delphine Wolfersberger - Enseignant chercheur `a SUPELEC

Nicolas Fressengeas - Professeur `a l’universit´e de Metz

Godefroy Kugel - Professeur ENSAM, directeur de l’´etablissement de Metz Herv´e Leblond - Professeur `a l’Universit´e d’Angers

2. Christelle Hesse (participation `a l’encadrement avec N. Fressengeas et G. Kugel, actuellement directeur de l’ENSAM) [voir liste des publications : P7-P8, P12, ACT8-ACT9, COM9-COM10, COM29, COM31].

Etude exp´erimentale de la propagation d’un faisceau fin dans les mat´eriaux pho-tor´efractifs : application `a la limitation optique, th`ese soutenue le 16 d´ecembre 2002.

Th`eses en cours

1. Cristian Dan (co-encadrement avec N.Fressengeas) : Premi`ere inscription en 2004, soutenance de th`ese pr´evue en Juin 2008 [voir liste des publications : P1-P3, ACT1-ACT4, ACT6, ACT9, COM1-COM4, COM6-COM7].

Etude de l’autofocalisation transitoire dans les semi-conducteurs photor´efractifs InP :Fe et SPS : application au routage tout optique reconfigurable.

2. Nicolas Marsal (co-encadrement avec G. Montemezzani et M. Sciamanna) : D´emarrage en Septembre 2007.

Instabilit´es dynamiques dans les syst`emes `a cavit´e photor´efractive.

3. Massimo Alonzo (co-encadrement avec M. Fontana, professeur UPVM - directeur du LMOPS) : Premi`ere inscription en 2007, th`ese en co-tutelle avec l’Universit´e La Sapienza de Rome en co-direction avec E. Fazio professeur et directeur du laboratoire Fotonica Ultraveloce UPhoLab.

Inscription photor´efractive de guides pour la r´ealisation de composants optiques int´egr´es reconfigurables.

B.3.4.3. Etudiants en Master

1. Nicolas Marsal, Master POEM (Plamas, Optique, opto-Electronique et Micro-nano-syst`emes) :

Instabilit´es dynamiques dans les syst`emes `a cavit´e photor´efractive (2007).

2. Manuel Gerbeau, Master POEM : Autofocalisation dans CdTe et Sn2P2S6 (2004).

3. Cristian Dan, Master ” Technologies optiques ” (Universit´e Polytechnica, Bucha-rest) : Etude th´eorique de l’autofocalisation d’un faisceau laser dans un cristal pho-tor´efractif en r´egime impulsionnel (2004).

4. Houssam Kettani Idrissi, Master POEM : L’effet photor´efractif dans le mat´eriau semi-conducteur Phosphure d’Indium (2003).

5. Ettaleb Mohammed Radouane, Master POEM : Autofocalisation d’un faisceau laser infrarouge dans des mat´eriaux photor´efractifs (2001).

B.3.4.4. Etudiants en ´ecole d’ing´enieur

1. Cristian Scurtescu, Institut Polytechnique de Bucharest (Roumanie) : Photor´efractivit´e dans le semi-conducteur InP (2003).

2. Cristian Dan, Institut Polytechnique de Bucharest (Roumanie) : Caract´erisation

d’un dispositif limitant la fluence laser (2002).

B.3.4.5. Etudiant en IUP

Gilles Berlin (1998) : Programmation et optimisation d’un logiciel pour l’automatisa-tion du banc exp´erimental d’´etude de l’autofocalisation en r´egime nanoseconde.

B.3.4.6. Etudiants en projet de fin d’´etudes en 3`eme ann´ee d’´ecole d’ing´enieur

SUPELEC (option Syst`emes Photoniques et de Communications SPC) (depuis

2000)

1. Projet de recherche SUPELEC : Interconnexion optique laser-fibre auto-align´ee (2008) 2. Projet de recherche SUPELEC : Solitons de cavit´e photor´efractifs (2008).

3. Projet de recherche SUPELEC : Utilisation de cristaux photoniques pour le contrˆole de patterns optiques (2008).

4. Contrat SAGEM : Caract´erisation de sources lasers (2008).

5. Contrat SAGEM : Caract´erisation et optimisation de miroirs di´electriques (2008). 6. Projet de recherche SUPELEC : Etude de solitons contra-propageant dans un mat´

e-riau photor´efractif ( 2007).

7. Projet de recherche en collaboration avec la Vrije Universiteit de Bruxelles : Mise en ´evidence, propri´et´es et applications des solitons de cavit´e photor´efractifs (2007). 8. Projet de recherche en collaboration avec la Vrije Universiteit de Bruxelles : Solitons

de cavit´e photor´efractifs (2006).

9. Projet de recherche SUPELEC : Auto-alignement source laser - fibre optique avec un cristal photor´efractif (2006).

10. Projet de recherche en collaboration avec la Facult´e Polytechnique de Mons : Mesure de la modulation de l’indice de r´efraction le long d’un r´eseau de Bragg (2004). 11. Projet de recherche en collaboration avec la Facult´e Polytechnique de Mons : Etude

de la faisabilit´e de r´eseau de Bragg dans des fibres `a maintien de polariation (2003). 12. Projet de recherche SUPELEC : Autofocalisation infrarouge pour les t´el´

ecommunica-tions : ´etude th´eorique (2002).

13. Projet de recherche SUPELEC : Dispositifs d’interconnexions par interaction de solitons photor´efractifs (2002).

14. Projet de recherche en collaboration avec la Facult´e Polytechnique de Mons : Etude des fibres `a cristaux photoniques (2002).

15. Projet de recherche SUPELEC : La limitation optique (2002).

16. Contrat ALCATEL : Etudes des fibres `a ” Photonic Band Gap ” : ´etat de l’art,

mod´elisation et simulation de la propagation (2001).

17. Contrat SAGEM : Mise au point d’un d´emonstrateur de limitation optique par

au-tofocalisation (2000).

B.3.4.7. Etudiants en projets de 2`eme ann´ee d’´ecole d’ing´enieur SUPELEC

Chaque ann´ee, je participe `a l’encadrement de projet de conception en 2`eme ann´ee SUPELEC.

C. Liste compl`

ete des publications

et des communications

Publications internationales dans des revues à comité de Lecture (P)

P1 - Fast photorefractive self-focusing in InP:Fe semiconductor at infrared wavelengths, D.

Wolfersberger, N. Khelfaoui, C. Dan, N. Fressengeas, H. Leblond, Applied Physics Letters,

92, 021106 (2008).

P2 – Near infrared photorefractive self focusing in Sn

P

S

:Te crystals, C. Dan, D.

Wolfersberger, N. Fressengeas, G. Montemezzani, A. Grabar, Optics Express, 15,

12777-12782 (2007).

P3 - Roles of resonance and dark irradiance for infrared photorefractive self-focusing and

solitons in bi-polar InP:Fe, N. Fressengeas, N. Khelfaoui, C. Dan, D. Wolfersberger, H.

Leblond, M. Chauvet, Physical Review A, 75, 063834 (2007).

P4 - Time Resolved Applied Electric Field Masking in Photorefractive Semiconductors, N.

Khelfaoui, D. Wolfersberger, G. Kugel, N. Fressengeas, M. Chauvet, Optical and Quantum

Electronics, 38, 63-69 (2006)

P5 - Temporal behavior of two-wave-mixing in photorefractive InP:Fe versus temperature, N.

Khelfaoui, D. Wolfersberger, G. Kugel, N. Fressengeas, M. Chauvet, Optics

Communications, 261, 169-174 (2006).

P6 - Simulation of the temporal behavior of one single laser pulse in a photorefractive

medium, D.Wolfersberger, F.Lhommé, N.Fressengeas, G.Kugel, Optics Communications,

222, 383-391 (2003)

P7 - Self-focusing in pulsed and continuous regime in photorefractive crystals: KNbO

,

LiNbO

, SBN, C.Hesse, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, G.Kugel, Ferroelectrics, 296, 9-18

(2003)

P8 - Observation of the light beam evolution in a biased SBN crystal in pulsed and continuous

regime, C.Hesse, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, G.Kugel, Ferroelectrics, 296, 109-116

(2003)

P9 - Photorefractive self-focusing of continuous and pulsed light: experiment, theory,

simulation, D. Wolfersberger, N. Fressengeas, J. Maufoy, G. Kugel, Ferroelectrics, 267,

341-346 (2002)

P10 - Experimental Self-focusing of a single laser pulse in Bi

TiO

, D.Wolfersberger,

N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, Journ. Appl. Phys., 89, 2511 (2001)

P11 - Numerical simulation of the propagation of a single laser pulse in a photorefractive

medium, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, Optical Materials, 18, 81

(2001)

P12 - Self-focusing of a continuous laser beam in KNbO

in the presence of an externally

applied electric field, C.Hesse, N.Fressengeas, D.Wolfersberger, G.Kugel, Optical Materials,

18, 187 (2001)

P13 - Self focusing in photorefractive materials for optical limiting, D.Wolfersberger,

N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, Non Linear Optics, 27, 405 (2001)

P14 - Self-focusing of a single laser pulse in a photorefractive medium, D.Wolfersberger,

N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, Phys.Rev.E, 62, 8700 (2000)

P15 - Laser beam self-focusing in photorefractive materials: optical limiting application,

D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, Journal of Nonlinear Optical Physics &

Materials, 9, 441 (2000)

P16 - Experimental photorefractive self-focusing of a single laser pulse in Bi

TiO

,

D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, Ferroelectrics, 238, 273-280 (2000)

P17- Experimental study of the self-focusing process temporal behaviour in photorefractive

Bi

TiO

, N.Fressengeas, D.Wolfersberger, J.Maufoy, G.Kugel, Journ. Appl. Phys., 85, 2062

(1999)

P18 - Simulation of the temporal behavior of soliton propagation in photorefractive media,

J.Maufoy, N.Fressengeas, D.Wolfersberger, G.Kugel, Phys.Rev.E, 59, 6116 (1999)

P19 - Experimental evidence of laser beam self-focusing in photorefractive media from the

nanosecond time-scale to steady-state, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel,

Non Linear Optics, 21, 525 (1999)

P20 - Experimental study of the behaviour of narrow nanosecond laser pulses in biased

photorefractive Bi

TiO

, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel,

Ferroelectrics 223, 381 (1999)

P21 - Build up mechanisms of (1+1) dimensional photorefractive bright spatial

quasi-steady-state and screening solitons, N.Fressengeas, D.Wolfersberger, J.Maufoy, G.Kugel, Optics

Communications, 145, 393 (1998)

P22 - Experimental transient self-focusing in Bi

TiO

crystal, N.Fressengeas,

D.Wolfersberger, J.Maufoy, G.Kugel, Ferroelectrics, 202, 193-202 (1997)

Brevets

J. Maufoy, C. Mailhan, D. Wolfersberger, N. Fressengeas, G. Kugel, Telecommunications

optical monomode/weak multimode optical guide connection having optical waveguide

nonlinear material made using injected beams passed through connection guides, Brevet

n° FR2833085, 2003.

Proceedings à comité de lecture (Actes ACT)

ACT1 - Fast self-focusing of light in a photorefractive semiconductor for reconfigurable

optical communications, D. Wolfersberger, C. Dan, N. Khelfaoui, N. Fressengeas,

H. Leblond, IEEE Proceedings of 9

International Conference on Transparent Optical

Network (ICTON), vol.2, p.105-108 (2007).

ACT2 - Near infrared steady state photorefractive self focusing in Sn

P

S

: Te crystals, C.

Dan, D. Wolfersberger, N. Fressengeas, G. Montemezzani, Techn. Digest of CLEO

Europe/IQEC – Proceeding on CD-ROM, paper CC2-2-THU (2007)

ACT3 - Fast photorefractive self focusing in InP:Fe in near infrared, C.Dan, N. Khelfaoui,

D.Wolfersberger, N. Fressengeas, Techn. Digest of CLEO Europe/IQEC – Proceeding on

CD-ROM, paper CC-8-WED (2007).

ACT4 - Fast Photorefractive Self-Focusing in InP:Fe Semi-Conductor at Infrared

Wavelengths, N. Khelfaoui, D. Wolfersberger, C. Dan, H. Leblond, N. Fressengeas, Techn.

Digest of CLEO Etats-Unis/QELS – Proceeding on CD-ROM, paper JWA66 (2007).

ACT5 - Fast self-induced waveguides in photorefractive semi-conductor InP:Fe for

reconfigurable optical switching, D. Wolfersberger, N. Khelfaoui, G. Kugel, N. Fressengeas,

M. Chauvet, Proceedings of SPIE, vol. 6187, pp. 61870Q (2006).

ACT6 – Fast photorefractive self-focusing in semiconductors, C. Dan, N. Khelfaoui, D.

Wolfersberger, N. Fressengeas, H. Leblond, M. Chauvet, Proceedings of SPIE, vol. 6785, pp.

67851C (2006).

ACT7 -

Theoretical and experimental temporal self-focusing studies in photorefractive

InP:Fe at telecommunication wavelengths, N.Khelfaoui, D.Wolfersberger, N.Fressengeas,

M.Chauvet, G.Kugel,. Techn. Digest of Non Linear Guides Waves (NLGW) – Proceeding on

CD – ROM, paper WD17 (2005).

ACT8 - Photorefractive self-focusing in pulsed and continuous regime in SBN: application

to optical limiting, C. Hesse, N. Fressengeas, D. Wolfersberger, G. Kugel, Techn. Digest

of Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO) Europe, pp 297 (2003).

ACT9 - Photorefractive optical limiting, C.Hesse, C.Dan, D.Wolfersberger, N.Fressengeas,

G.Kugel, Trends in Optics and Photonics Series, 87, pp 413-417 (2003).

ACT10 - Parallel simulation of photorefractive material for the design of all-optical

components, F.Lhommé, D.Wolfersberger, S.Vialle, N.Fressengeas, Lecture Notes in

Computer Science, 2367, pp 578-588 (2002)

ACT11 - Time-resolved experimental analysis of a single laser pulse self-focusing in

photorefractive Bi

TiO

, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, Trends in

Optics and Photonics, 27, pp 436-440 (1999).

ACT12 - Photorefractive spatial solitons temporal behavior: a route towards optical

switching, N.Fressengeas, D.Wolfersberger, J.Maufoy, G.Kugel, Proceedings of SPIE, 3491,

pp 265-270 (1998).

ACT13 - Self-focusing and soliton propagation of light pulses in photorefractive media,

D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, Proceedings of SPIE, 3491, pp 720-725

(1998).

ACT14 - Theoretical investigation of the time behavior of self-focusing light pulses

propagating in biased photorefractive media and experimental evidence on Bi

TiO

,

D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, Proceedings of SPIE, 3470, pp 102-109

(1998).

ACT15 - Theoretical investigation of photorefractive spatial solitons temporal behavior, the

route to SHG enhancement, and switching applications, N.Fressengeas, J.Maufoy,

D.Wolfersberger, G.Kugel, Proceedings of SPIE, 3470, pp 94-101 (1998).

ACT16 - Time behavior of the photorefractive self-focusing process: time and space

convergence towards photorefractive spatial solitons, G.Kugel, N.Fressengeas,

D.Wolfersberger, J.Maufoy, Journ. Kor. Phys. Soc., 32, pp S403-S406 (1998).

ACT17 - Numerical evolution of the time dependency of both the space-charge field and the

self-focusing process in photorefractive media, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy,

G.Kugel, Journ. Kor. Phys. Soc., 32, pp S436-S439 (1998).

ACT18 - A theoretical study on temporal behavior of photorefractive solitons, N.Fressengeas,

D.Wolfersberger, J.Maufoy, G.Kugel, Journ. Kor. Phys. Soc., 32, pp S414-S417 (1998).

ACT19 - Experimental study of the self-focusing process converging towards spatial solitons

in photorefractive media, J.Maufoy, N.Fressengeas, D.Wolfersberger, G.Kugel, Journ. Kor.

Phys. Soc., 32, pp S453-S456 (1998).

Communications à des congrés internationaux (COM)

Communications orales

COM1 - Real-time Photoinduced Waveguides in Sn

P

S

Bulk Crystals with Visible or Near

Infrared Light, G. Montemezzani, C. Dan, M. Gorram, N. Fressengeas, D. Wolfersberger, F.

Juvalta, R. Mosimann, M. Jazbinsek, P. Günter, A. Grabar, 2007 Controlling Light with

Light: Photorefractive Effects, Photosensitivity, Fiber Gratings, Photonic Materials and More

(PR) Topical Meeting, October 14-16, Olympic Valley, California, USA.

COM2 - Conférence invitée : Fast self-focusing of light in a photorefractive semiconductor

for reconfigurable optical communications, D. Wolfersberger, C. Dan, N. Khelfaoui,

N. Fressengeas, H. Leblond, International Conference on Transparent Optical Network

ICTON, 1-5 Juillet 2007, Rome, Italie.

COM3 - Near infrared steady state photorefractive self focusing in Sn

P

S

: Te crystals, C.

Dan, D.Wolfersberger, N. Fressengeas, G.Montemezzani, CLEO/IQEC, 17-22 Juin 2007,

Münich, Allemagne.

COM4 - Photorefractive self-focusing in InP :Fe on microsecond timescale at near infrared,

C. Dan, N. Khelfaoui, D. Wolfersberger, N. Fressengeas, H. Leblond, IPSSO Workshop,

28-30 Mars 2007, Metz, France.

COM5 - Fast self-induced waveguides in photorefractive semi-conductor InP:Fe for

reconfigurable optical switching, D. Wolfersberger, N. Khelfaoui, G. Kugel, N. Fressengeas,

COM6 - Time resolved numerical simulation of a single laser beam in a photorefractive

semi-conductor for telecommunications applications, D. Wolfersberger, N. Khelfaoui, C.

Dan, N. Fressengeas, H. Leblond, OWTNM 2006 (XV International Workshop on Optical

Waveguide Theory and Numerical Modelling) 19-20 Avril 2006, Varese, Italie.

COM7 - Fast build up of photorefractive spatial solitons in iron doped indium phosphide,

N.Khelfaoui, C.Dan, N.Fressengeas, H.Leblond, M.Chauvet, Micro- to Nano-Photonics -

ROMOPTO 2006, 28-31 août 2006, Sibiu, Roumanie.

COM8 - Photorefractive transient self focusing in semiconductor InP :Fe at

telecommunications wavelengths , N.Khelfaoui, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, M.Chauvet,

G.Kugel, -10

conférence internationale de l'effet photoréfractif - Sanya, Chine - Juillet

2005.

COM9 - Photorefractive self-focusing in continuous and pulsed regimes : global

experimental and theoretical approach, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, C.Hesse, J.Maufoy,

G. Kugel, CLEO 2001, Munich, 19-22 juin 2001.

COM10 - Laser beam propagation in non-linear photorefractive media: two interesting

applications, G.Kugel, D.Wolfersberger, C.Mailhan, C.Hesse, N.Fressengeas, M.Goetz,

J.Maufoy, XXIV International School of Ferroelectrics Physics, Kudowa, Pologne, septembre

1999.

COM11 - Conférence invitée : Autofocalisation photoréfractive, de la nanoseconde au

régime continu, N.Fressengeas, D.Wolfersberger, J.Maufoy, G.Kugel, Réunion du GdR

Matériaux et fonctions de l'optique non linéaire à Saint Martin Vésubie, 13-15 octobre 1999.

COM12 - Time-resolved experimental analysis of a single laser pulse self-focusing in

photorefractive Bi

TiO

, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, Trends in

Optics and Photonics, 27, 436 (1999), conférence PR99 (Seventh Topical Meeting on

Photorefractive Materials, Effects, and Devices), Elsinore, Denmark,, 27-30 juin 1999.

COM13 - Conférence invitée : Propositions pour la limitation optique par auto-confinement

photoréfractif, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, Colloque sur la

limitation optique du GdR Matériaux et fonctions de l'optique non-linéaire, Grenoble, France,

15 au 16 juin 1999.

COM14 - Self-focusing of laser light and spatial solitons in photorefractive media, G.Kugel,

N.Fressengeas, D.Wolfersberger, J.Maufoy, XXIII International School of Ferroelectrics

Physics, Kudowa, Pologne, 17-21 septembre 1998.

COM15 - Photorefractive spatial solitons temporal behavior : a route towards optical

switching, , N.Fressengeas, D.Wolfersberger, J.Maufoy, G.Kugel, conférence ICAPT'98,

Ottawa, Canada, 28-30 Juillet 1998.

COM16 - Self-focusing and soliton propagation of light pulses in photorefractive media,

D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, conférence ICAPT'98, Ottawa, Canada,

28-30 Juillet 1998.

COM17 - Theoretical investigation of the time behavior of self-focusing light pulses

propagating in biased photorefractive media and experimental evidence on Bi

TiO

,

D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, conference SPIE “Photorefractive Fiber

and Crystal Devices : Materials, Optical Properties, and Applications IV”, San Diego, USA,

19-24 Juillet 1998.

COM18 - Theoretical investigation of photorefractive spatial solitons temporal behavior, the

route to SHG enhancement, and switching applications, N.Fressengeas, J.Maufoy,

D.Wolfersberger, G.Kugel, conférence SPIE “Photorefractive Fiber and Crystal Devices :

Materials, Optical Properties, and Applications IV”, San Diego, USA, 19-24 Juillet 1998.

COM19 - Auto-focalisation et solitons spatiaux dans les matériaux photoréfractifs : état de

l'art et perspectives, N.Fressengeas, D.Wolfersberger, J.Maufoy, G.Kugel, Colloque sur les

Matériaux Inorganiques pour l'Optique, Metz, France, 18 au 20 mai 1998.

COM20 - Conférence invitée : Time behavior of the photorefractive self-focusing process:

time and space convergence towards photorefractive spatial solitons, G.Kugel,

N.Fressengeas, D.Wolfersberger, J.Maufoy, conférence IMF-9, Séoul, Corée, 24-29 août

1997.

Posters

COM21 - Temporal Behavior of Photorefractive Self-Focusing in InP:Fe Crystals at Infrared

Wavelengths, C. Dan, N. Khelfaoui, D. Wolfersberger, N. Fressengeas, H. Leblond,

2007 Controlling Light with Light: Photorefractive Effects, Photosensitivity, Fiber Gratings,

Photonic Materials and More (PR) Topical Meeting, October 14-16, Olympic Valley,

California, USA.

COM22 - Fast photorefractive self focusing in InP : Fe in near infrared, C.Dan, N.

Khelfaoui, D.Wolfersberger, N. Fressengeas, CLEO/IQEC, 17-22 Juin 2007, Münich,

Allemagne.

COM23 – Fast Photorefractive Self-Focusing in InP:Fe Semi-Conductor at Infrared

Wavelengths, N. Khelfaoui, D. Wolfersberger, C. Dan, H. Leblond, N. Fressengeas,

CLEO/QELS, 6-11 Mai 2007, Baltimore-US.

COM24 - Photorefractive self focusing in near IR for optical communications, C.Dan,

N.Khelfaoui, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, 8th European Conference on the Applications

of Polar Dielectrics, 5-8 septembre 2006, Metz, France.

COM25 - Photorefractive self-focusing in near IR for telecommunications, C.Dan,

N.Khelfaoui, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, Micro- to Nano-Photonics - ROMOPTO 2006,

28-31 août 2006, Sibiu, Roumanie.

COM26 - Time resolved applied electric field masking in photorefractive semiconductors,

N.Khelfaoui, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, M.Chauvet, G.Kugel, OWTNM

-International workshop on Optical Waveguide theory and numerical modelling 8-9 Avril

Grenoble 2005.

COM27 - Spatio-temporal numerical resolution of Kukhtarev equation In InP:Fe

photorefractif semiconductor, N.Khelfaoui, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, M.Chauvet,

G.Kugel, - Phase International workshop on PHysics and Applications of SEmiconductor

LASERs Metz 29-30 Mars 2005.

COM28 - Fast self-focusing in InP:Fe semiconductor : theoretical approach, N.Khelfaoui,

D.Wolfersberger, N.Fressengeas, M.Chauvet, G.Kugel, -International workshop Lithium

Niobate from material to device, from device to system Metz - France 23-25 May 2005.

COM29 - Photorefractive optical limiting, C.Hesse, C.Dan, D.Wolfersberger,

N.Fressengeas, G.Kugel, PR'2003, 17-21 juin 2003, La Colle sur Loup, France.

COM30 - L'autofocalisation infrarouge dans le semiconducteur InP:Fe, N.Khelfaoui,

D.Wolfersberger, N.Fressengeas, M.Chauvet, G.Kugel, - Journées Nationales des Cristaux

pour l'Optique -JNCO Grenoble Octobre 2003.

COM31 - Experimental study of the laser beam behaviour in photorefractive crystals : self

focusing and self defocusing in continuous regime in KNbO

and LiNbO

:Fe, C.Hesse,

N.Fressengeas, D.Wolfersberger, G.Kugel, CLEO 2001, Munich (Allemagne), 19-22 juin

2001.

COM32 - Experimental photorefractive self-focusing of a single nanosecond laser pulse in

Bi

TiO

, G.Kugel, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, XXIV International School

of Ferroelectrics Physics, Kudowa, Pologne, septembre 1999.

COM33 - Etude de l'autofocalisation photorefractive d'une impulsion laser nanoseconde

dans Bi

TiO

, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, Réunion du GdR

Matériaux et fonctions de l'optique non linéaire à Saint Martin Vésubie, 13-15 octobre 1999.

COM34 - A theoretical study on temporal behaviour of photorefractive solitons,

N.Fressengeas, D.Wolfersberger, J.Maufoy, G.Kugel, XXIII International School of

Ferroelectrics Physics, Kudowa, Pologne, 17-21 septembre 1998.

COM35 - Numerical simulation of the laser beam self-focusing in a non-linear

photorefractive crystal, J.Maufoy, N.Fressengeas, D.Wolfersberger, G.Kugel, XXIII

International School of Ferroelectrics Physics, Kudowa, Pologne, 17-21 septembre 1998.

COM36 - Experimental evidence of laser-beam self-focusing in photorefractive media from

the nanosecond time scale to steady-state, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy and

G.Kugel, XXIII International School of Ferroelectrics Physics, Kudowa, Pologne, 17-21

septembre 1998.

COM37 - Experimental evidence of laser beam self-focusing in photorefractive media from

the nanosecond time-scale to steady-state, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy,

G.Kugel, First International Workshop on Optical Power Limiting , Cannes, France, 28 Juin-1

Juillet 1998.

COM38 - Experimental study of the behaviour of narrow nanosecond laser pulses in biased

photorefractive Bi

TiO

, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel, ECAPD IV,

COM39 - Time and space analysis of self-focusing and spatial solitons in photorefractive

media, J.Maufoy, N.Fressengeas, D.Wolfersberger, G.Kugel, FRISNO5, Eilat, Israël, 15 au

19 février 1998.

COM40 - Numerical simulation of the temporal behaviour of self-focusing, spatial soliton

and optical branching of laser beams propagating in photorefractive media, J.Maufoy,

N.Fressengeas, D.Wolfersberger, G.Kugel, FRISNO5, Eilat, Israël, 15 au 19 février 1998.

COM41 - Evolution de la propagation d'un faisceau fin en milieu photoréfractif : des

expériences à la simulation numérique, J.Maufoy, N.Fressengeas, D.Wolfersberger, G.Kugel,

quatrième conférence annuelle de GdR Matériaux pour l'Optique Non Linéaire, Marly-le-Roi,

28-30 octobre 1998.

COM42 - Etude expérimentale du comportement d'une impulsion laser dans un cristal

photoréfractif de Bi

TiO

soumis à un champ électrique, D.Wolfersberger, N.Fressengeas,

J.Maufoy, G.Kugel, quatrième conférence annuelle de GdR Matériaux pour l'Optique Non

Linéaire, Marly-le-Roi, 28-30 octobre 1998.

COM43 - Étude expérimentale et théorique de l'autofocalisation d'une impulsion laser dans

un cristal photoréfractif de Bi

TiO

, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy, G.Kugel,

Colloque sur les Matériaux Inorganiques pour l'Optique, Metz, France, 18 au 20 mai 1998 .

COM44 - Simulations numériques de l'établissement temporel de l'autofocalisation, des

solitons spatiaux et de la filamentation optique de faisceaux lasers se propageant dans un

milieu photoréfractif, J.Maufoy, N.Fressengeas, D.Wolfersberger, G.Kugel, Colloque sur les

Matériaux Inorganiques pour l'Optique, Metz, France, 18 au 20 mai 1998.

COM45 - Analyse temporelle et spatiale de l'autofocalisation de faisceaux lasers et des

solitons spatiaux dans les matériaux photoréfractifs, J.Maufoy, N.Fressengeas,

D.Wolfersberger, G.Kugel, Colloque sur les Matériaux Inorganiques pour l'Optique, Metz,

France, 18 au 20 mai 1998.

COM46 - Numerical evolution of the time dependency of both the space-charge field and the

self-focusing process in photorefractive media, D.Wolfersberger, N.Fressengeas, J.Maufoy,

G.Kugel, conférence IMF-9, Séoul, Corée, 24-29 août 1997.

COM47 - A theoretical study on temporal behavior of photorefractive solitons,

N.Fressengeas, D.Wolfersberger, J.Maufoy, G.Kugel, conference IMF-9, Séoul, Corée, 24-29

août 1997.

COM48 - Experimental study of the self-focusing process converging towards spatial solitons

in photorefractive media, J.Maufoy, N.Fressengeas, D.Wolfersberger, G.Kugel, Conférence

IMF-9, Séoul, Corée, 24-29 août 1997.

Séminaires

[1] D. Wolfersberger : Photoinscription de guides dans des matéraiux photoréfractifs, Institut

de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, Novembre 2005.

[2] D. Wolfersberger : Solitons spatiaux photoréfractifs : application au routage tout optique

pour les réseaux de télécommunications, Laboratoire de Photonique et de Nanostructrures,

Marcoussis, Mai 2005.

[3] D. Wolfersberger : Photorefractive light induced waveguides, Institut Non Linéaire, Nice,

Novembre 2004.

Deuxi`

eme partie

Synth`

ese des activit´

es de

Chapitre 1

Introduction g´

en´

erale

1.1

D´

emarche scientifique

Mes travaux de recherche ont pour objectif l’´etude des non-lin´earit´es photor´efractives en vue de la r´ealisation de composants optiques pour application dans le domaine de l’ins-trumentation pour des dispositifs de protection laser et dans le domaine des communica-tions optiques pour des fonccommunica-tions de routage, commutation et interconnexions optiques. Hors la limitation optique qui concerne plutˆot l’optronique, ces applications s’inscrivent essentiellement dans des voies du domaine des t´el´ecommunications.

En effet, l’industrie des t´el´ecommunications optiques est actuellement demandeuse de composants permettant le routage ou la commutation tout optique de signaux transmis `

a haute cadence (GHz) dans les fibres optiques : l’objectif est de permettre le routage de trames dont la dur´ee est l´eg`erement inf´erieure `a la milliseconde et d’´eviter ainsi la coˆuteuse conversion ´electrique - optique en bout de fibre. Nous nous int´eressons plus parti-culi`erement `a la propagation d’ondes solitaires spatiales dans des mat´eriaux photor´efractifs et `a la possibilit´e d’utiliser les ph´enom`enes d’interactions de solitons pour application au routage et interconnexions optiques. Une possibilit´e est notamment la r´ealisation de fonc-tions simples ou plus complexes comme des liaisons point `a point, des coupleurs (X ou Y).

Ainsi, de 1996 `a 2001, mes activit´es de recherche dont ma th`ese de doctorat (r´ealis´ee en contrat Cifre avec Sfim Industries et soutenue en Avril 1999) ont port´e essentiellement sur la possibilit´e d’utiliser l’autofocalisation photor´efractive de faisceaux lasers continus ou puls´es dans des dispositifs de protection contre des agressions lasers. Nous avons ainsi mis en ´evidence exp´erimentalement et th´eoriquement la possibilit´e d’autofocaliser une im-pulsion laser d’une dur´ee de quelques nanosecondes dans un cristal photor´efractif isolant (sill´enite BTO). Nous avons ´egalement con¸cu et r´ealis´e, en partenariat avec Sfim Indus-tries, un dispositif d´emonstrateur de limitation optique photor´efractive dans le domaine des longueurs d’onde visibles utilisant d’autres mat´eriaux ayant un pouvoir limitant plus performant, notamment le tungst`ene bronze SBN. Ces travaux ont donn´e lieu `a plusieurs projets de fin d’´etudes (Contrat d’Etude Industrielle avec Sagem) et stages `a SUPELEC, `

a la soutenance de th`ese de Christelle Hesse en D´ecembre 2002 et `a deux soutenances d’habilitation, celle de Jean Maufoy en 2000 et de Nicolas Fressengeas en 2001 [voir liste des pulications P6-P22].